Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электротехника и электроника» для студентов факультета (стр. 1 из 9)
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
низкотемпературных и пищевых технологий
 |
Кафедра электротехники и электроники
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Методические указания
к лабораторным работам по курсу
«Электротехника и электроника»
для студентов факультета
заочного обучения и экстерната
всех специальностей
Санкт-Петербург 2003
УДК 621.3
Афанасьева Н.А., Батяев А.А., Новотельнова А.В., Русанов А.В. Электротехника и электроника: Метод. указания к лабораторным работам для студентов факультета заочного обучения и экстерната всех спец. / Под ред. Булата Л.П. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. – 55 с.
Настоящие методические указания составлены для шести лабораторных работ, выполнение которых предусмотрено программой для студентов заочного обучения и экстерната. Методические указания охватывают наиболее важные разделы курса «Электротехника и электроника» (электрические цепи, электрические машины, промышленная электроника).
Рецензент
Канд. техн. наук, доц. Ю.А. Рахманов
Одобрены к изданию советом факультета техники пищевых производств
Ó Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий, 2003
ВВЕДЕНИЕ
В методические указания включены шесть лабораторных работ по курсу «Электротехника и электроника», выполняемых студентами факультета заочного обучения и экстерната.
Первые две работы посвящены экспериментальному исследованию электрических цепей переменного тока. В лабораторной работе № 1 студенты исследуют поведение однофазной неразветвленной электрической цепи синусоидального тока при последовательном соединении элементов R, L, C. Лабораторная работа № 2 посвящена изучению устройства и эксплуатации трехфазной электрической цепи синусоидального тока при соединении «звездой».
Выполнение двух следующих работ позволяет студентам ознакомиться с устройством и правилами использования трансформаторов (лабораторная работа № 3) и асинхронных двигателей переменного тока (лабораторная работа № 4).
Третий цикл лабораторных работ посвящен анализу работы электронных схем. В лабораторной работе № 5 рассматривается устройство и эксплуатационные возможности различных схем выпрямителей на диодах. Лабораторная работа № 6 иллюстрирует возможности использования устройств цифровой электроники.
Описания лабораторных работ содержат: изложение цели; общие сведения из теории; схему лабораторной установки; порядок выполнения работы; содержание отчета; контрольные вопросы; список рекомендованной литературы. Описания лабораторных работ являются основными методическими документами при проведении опытов. Перед проведением лабораторных работ студенты должны изучить организационно-методические правила и вопросы техники безопасности. Только после сдачи зачета по технике безопасности студенты могут быть допущены к работе в лаборатории. Каждый студент, получивший допуск, должен расписаться в соответствующем журнале в подтверждение того, что он ознакомлен с правилами техники безопасности.
ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ
БЕЗОПАСНОСТИ
Лаборатория электрических цепей
1. К работе на стенде допускаются лица, прошедшие инструктаж и получившие зачет по технике безопасности для электроустановок до 1000 В.
2. Инструктаж по технике безопасности проводит преподаватель, ведущий лабораторные занятия в группе, перед каждой лабораторной работой.
3. Напряжение, подводимое к стенду, не должно превышать 220 В. О включении стенда под напряжение сигнализирует загорание лампы на стенном автомате и на самом стенде.
4. Сборку электрической схемы проводить только при выключенном напряжении питания и отключенном автомате.
5. Проверку электрической цепи лабораторной установки перед включением стенда под напряжение проводит инженер. Разрешение на включение стенда под напряжение и проведение опытов дает преподаватель, ведущий занятия.
6. При проведении опытов не допускается превышение номинальных режимов оборудования стенда и переключение проводов в схемах под напряжением.
7. После выполнения опытов с разрешения преподавателя следует снять напряжение со стенда, разобрать цепь, привести рабочее место в порядок и предъявить инженеру.
Лаборатория электрических машин
Соблюдать все перечисленные выше правила и в дополнение к ним:
1. При пуске электродвигателей необходимо соблюдать особую осторожность: не касаться руками или какими-либо предметами дви-жущихся частей.
2. Следить, чтобы не было превышения номинальных режимов работы электрооборудования.
3. Все переключения в схеме осуществлять при полной остановке двигателей и снятия напряжения питания стенда.
Лаборатория электроники
Соблюдать правила техники безопасности, изложенные выше и, кроме того:
1. При использовании электронных приборов (таких, как генераторы, осциллографы, вольтметры и др.) необходимо остерегаться одновременного касания руками или любыми токопроводящими предметами испытательной панели, находящейся под напряжением, и корпуса прибора, соединенного с клеммой прибора «┴».
2. Запрещается производить какие бы то ни было переключения на распределительном щите и на соседних лабораторных стендах. Заменять предохранители на стендах разрешается только инженеру.
Во всех лабораториях
1. При обнаружении каких бы то ни было неисправностей в схеме, необходимо НЕМЕДЛЕННО ОТКЛЮЧИТЬ ее от сети и доложить об этом преподавателю.
2. При случайном попадании человека под напряжение необходимо немедленно освободить его от действия электрического тока путем отключения соответствующего выключателя или рубильника. При потере сознания и остановке дыхания необходимо освободить пострадавшего от стесняющей одежды и делать искусственное дыхание до прибытия врача.
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА.
РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ
Цель работы
1. Исследовать электрическое состояние линейной неразветвленной цепи синусоидального тока при различных потребителях электрической энергии.
2. Приобрести навыки расчета параметров отдельных элементов электрической цепи при последовательном соединении R-, L- и С-элементов.
3. Экспериментально подтвердить теоретические знания, полученные на лекциях и самостоятельных занятиях по неразветвленным электрическим цепям синусоидального тока.
Резонанс напряжений наблюдается в электрической цепи однофазного переменного тока при последовательном соединении катушки индуктивности (с сопротивлениями: активным RK и индуктивным XL) и конденсатора (с емкостным сопротивлением XC, активным же сопротивлением RC за его малостью пренебрегаем). В такой цепи резонанс напряжений может наступить при условии равенства индуктивного сопротивления катушки и емкостного сопротивления конденсатора, т. е. при XL = XC. Это выражение является условием резонанса напряжений.
В цепях переменного тока существует два вида нагрузок:
– Активная (ее сопротивление обозначается R).
– Реактивная, которая может быть индуктивной (с сопротивлением XL) и емкостной (с сопротивлением Xc).
Активной нагрузкой являются все те потребители, на которых происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии – тепловую, световую, лучистую, механическую и т. д. На реактивных нагрузках происходит обмен энергией между катушкой индуктивности и конденсатором, причём индуктивность забирает из сети реактивную составляющую, а ёмкость отдаёт её в сеть.
Изменением ёмкости конденсатора или индуктивности катушки можно добиться равенства реактивных составляющих XL = XC, тогда в цепи остаётся одна активная составляющая и вся электрическая цепь ведёт себя как цепь с чисто активной нагрузкой. Это явление и происходит при резонансе напряжений.
Полное сопротивление цепи переменного тока при последовательном соединении нагрузок, указанных выше, обозначается Z. В комплексном виде: Z = R + j(XL – XC).
Действующее значение полного сопротивления – это модуль комплексного числа, т. е. Z = ½ Z ½ =
Закон Ома для такой цепи определяется выражением:
I =
Отсюда следует, что при резонансе напряжений ток в цепи максимальный. Действительно, если XL = XC, то Z = R; I = 
.
В данной лабораторной работе резонанса добиваемся изменением ёмкости конденсатора. Для трёх характерных точек (до резонанса, резонанс и после резонанса) необходимо построить векторные диаграммы.
При построении векторных диаграмм необходимо выбрать основной (базисный) вектор. В данном случае за базисный берётся вектор тока
, так как при последовательном соединении нагрузок в каждый момент времени он одинаков. Этот вектор откладывается в произвольном направлении, причём конец вектора, обозначенный стрелкой, определяет не только его направление, но и его величину в выбранном масштабе. Все остальные вектора, а именно 
и 
, откладываются строго определённо относительно вектора тока: вектор опережает вектор тока на угол jК (угол между током и напряжением катушки), а вектор 
отстаёт от вектора тока на угол jС = 90° с учётом того, что активным сопротивлением конденсатора пренебрегаем.